浅析船闸人字门振动原因与处理措施

浅析船闸人字门振动原因与处理措施
摘要:本文将主要针对某单级船闸人字门振动现象进行分析，然后利用有关资料进行研究，针对可能引起的原因进行综合的讨论，希望能够通过有效的解决办法去减少问题的发生，提出对人字门进行技术改造的办法。

关键词:船闸人字门，振动，处理措施
1.
工程概况国内某单级船闸共设有四扇人字门，分别位于上闸首两扇与下闸首两扇，并且全部都是钢质门。

该船闸处在水上运输的交通要道，至今该船闸已经运行了数万次左右，在水运上发挥了重要的作用。

由于船闸的人字门的使用率较为频繁，整体的工作状态还是较为良好，但在日常船闸运行过程中，相关管理人员发现在船闸人字门在充泄水时出现了轻微的振动情况，特别在船闸下闸首位置的人字门发生振动的现象较为频繁，出现振动后对其进行了多次的检查与维修。

1.
人字门振动的综合性分析人字门产生振动是在受到一些相关因素的动力作用，从而致使人字门结构中的某一部位发生移动或应力产生变化。

导致船闸人字门发生振动的原因非常多，针对振动也没有完全的理论与计算方法，所以在设计时无法对其进行详细的预测。

另外船闸中所使用的同一种闸门，由于受到内在因素与外在因素的不同，船闸的人字门产生的振动大小存在较大的差异。

当前可以有效解决该问题的方法比较少，主要就是利用原型观测与三维有限元进行分析，从中查询振动产生的原因，然后再制定解决的措施。

人字门产生振动的外在因素主要有以下几方面，分别是水流因素、闸门运行操作的因素、闸门安装的因素、水头及气温的变化等；内在因素主要就是闸门的结构和止水结构两个部分。

2.1闸室的水流脉动主频率分析
船闸的闸室在进行充泄水时产生了振动与共振的情形，从根本上讲就是闸室
的水流脉动压力其频率与人字门的某个结构部件的自振频率比较接近，又或者是
由于人字门的某部位漏水而产生的止水振动频率与其自振的频率较为接近。

船
闸在进行充泄水的过程中，船闸人字门需要承受自身的重量和静水压力以及闸室
水流产生的随机脉动压力，脉动压力受到时闸室内水体的变化从而引起脉动大小
与频率的快速变化。

人字门比较受到时重视的就是闸室进行充泄水时的水流脉动
主频率的大小，这是由于水流脉动而产生的主频率与人字门的某结构部件在不同
的条件下运行的频率达到接近时，就会致使船闸人字门有可能会发生振动。

对国
外的一部分与之相关的资料进行分析可以看到时，水流的随机脉动压力在多数情
况下，不会使其高于水头作用的百分之十，在较为正常的状态下，不会发生相关
的振动情况，但是水流脉动的压力主频率都是在1~20Hz的标准范围之内，容易
引起人字门的某个部件发生振动，从而引起人字门大范围的发生振动，对船闸的
正常使用造成一定的安全隐患。

2.2船闸闸门的止水漏水分析闸门止水漏水是导致人字门发生振动的因素之一。

引起止水漏水的主要原因有以下几种: （1）底止水漏水:船闸下闸首人字
门发生振动主要是在闸室进行充水初期和泄水的后期产生了振动，随着当前闸室
的水位升高或降低，从而形成了一定的水落差，在将止水压紧之后，闸门的振动
现象逐渐的消失。

对此种情况进行分析，明显的得出闸门发生振动是由于底止水
漏水而引起的振动。

所以针对底止水引起的漏水应当选用一些弹性好和耐变形的
实心P形止水，以此解决底止水漏水而引起的闸门振动。

（2）斜接柱支垫块间
隙引起的漏水:由于喷射状的钢止水漏水，进一步促使脉动水压力急速增高，从
而导致钢止水发生了振动，振动的频率与闸门的某个部件振动较为接近而引起闸
门振动。

在对船闸的人字广]进行检修的过程中发现，闸室在进行充泄水的时候，斜接柱支垫上发生了漏水的情况,通过仔细地检查发现是支垫块的上部有缺损，
从而引发了漏水的情况，从而引起船闸人字门在充泄水时发生了振动。

（3）门轴柱支和枕垫块间隙的漏水:漏水的产生是由于人字门的门轴柱支与
枕垫块之间的缝隙而出现漏水，大多是喷射状的钢止水漏水而引发人字门出现振
动的情况。

造成间隙的原因主要是由于人字门的安装过程中出现了误差，所以导
致出现间隙，所以在施工时一定要注意此问题。

2.3闸门的运行操作分析闸门
关门后发生错位:由于人字门在关闭之后，形成了挡水的状态，但是在关闭时如
果斜接柱支垫块出现了轻微的错位，那么其就会引起船闸人字门发生振动的情况。

通过对船闸人字门运用三维有限元进行相应的分析与详细的计算，对斜接柱支垫
块运用两种约束方式进行关门挡水，此时对船闸人字门的振动频率进行详细的计算，一种是斜接柱支垫块完全接触，另一种是支垫块之间局部接触，经过详细的
计算得出:支垫块发生错位的部分，受到的约束越来越少，从而致使人字门的门
体刚度出现下降，所以其自振的频率非常的低，从而比较容易引起人字门发生振动。

三、下闸首人字门技术改造 3.1振动原因根据研究中的下闸首人字门关门
挡水时,人字门主要承受由于自重、水位差压力及风压力.脉动水压力等荷载引起
的扭矩和弯曲作用，受力十分复杂。

关门挡水工况现场实测第-阶自振频率
13 Hz 左右，第二阶自振频率在17 Hz左右。

这些频率均在闸室水流脉动主
频率 1 ~20 Hz范围之内。

因此，根据研究中的下闸首人字门关门挡水工况充、泄水时发生振动的可能性是较大的。

但在开关运行过程中,单扇人字门处于自由
悬挂状态时,第一阶自振在1.5~3 Hz左右，第二阶自振频率在4~5 Hz左右。

虽然这些频率也在闸室水流脉动主频率1 ~20 Hz范围之内,但该工况下人字门
运行速度慢,水位差压力小，不会引起水体产生脉动压力,因此该工况下不会产生
因脉动压力引起人字门振动。

因此,要解决人字门振动问题,应针对不同运行工况
对人字门的自振频率进行研究分析。

3.2 技术改造方案根据研究中的下闸首
人字门和同类型人字门相比振动现象出现较多,背拉杆预应力较容易松弛。

据研
究人员计算分析认为,背拉杆是人字门上的联系构件施加预应力后是控制体扭抟
变形的主要构件。

背拉杆为细长杆件,自振频率低,容易在闸室内水流脉动压力下
发生振动,建议进行技术改造。

参考某船闸的技术改造方案，将原设计单层背拉
杆改造为双层背拉杆,原设计背拉杆长19 m,如各杆施加60 MPa预应力后，背
拉杆前三阶自振频率为.2.493.4. 452.6. 924 Hz。

技术改造后背拉杆长度减
小为13 m,背拉杆的自振频率可提高1.5~2倍左右。

结束语
船闸人字门的运行受到时多种因素的影响，并且其结构也十分的复杂，所以
在运行中会发生不同的振动现象。

由于人字门产生振动的原因非常复杂，引起振
动的因素非常的多，所以该问题一直困扰相关的管理人员。

通过以上的分析可以
看到时，人字门只要设计合理，并且对背拉杆的预应力做好相应的处理，定其对
其进行相关的维护保养，发生轻微的振动时要快速的进行处理，避免人字门在振
动中引起其他部件损害，从而发生较大范围的振动现象，保证人字门的正常运行。

参考文献:
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